喜報：咪唑基離子液體作為電解質(zhì)添加劑對堿性鋁-空氣電池性能研究取得新進(jìn)展

我院潤滑腐蝕與防護(hù)課題組張仁輝副教授與貴州省錳系新能源材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭雷教授聯(lián)合指導(dǎo)碩士研究生張巧以第一作者、華東交通大學(xué)為第一單位在咪唑基離子液體作為電解質(zhì)添加劑對堿性鋁-空氣電池性能研究中取得新進(jìn)展。研究工作發(fā)表在Journal of Power Sources (SCI一區(qū)，IF: 9.794)上 (https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.232901)。

鋁-空氣電池作為一種半燃料電池，其將儲存于金屬Al中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，在新能源汽車領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。盡管鋁-空氣電池具有良好的實(shí)用前景，但仍然存在問題亟待解決。在堿性電解液中鋁電極的自腐蝕現(xiàn)象卻非常嚴(yán)重，存在負(fù)差效應(yīng)，導(dǎo)致陽極利用率下降，庫倫效率降低，以至于電池性能和壽命下降，制約了以鋁為陽極材料的電池的研究和應(yīng)用。本課題組和銅仁學(xué)院郭雷教授課題組針對咪唑基離子液體作為電解質(zhì)添加劑對堿性鋁-空氣電池性能的影響開展了系列實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算。課題組成員通過電化學(xué)手段、析氫試驗(yàn)、表面表征和電池性能測試，研究了一種咪唑類離子液體，即1-(2-羥乙基)-3-甲基咪唑氯化物(HMIC)，作為Al-5052合金在4 M NaOH電解液中的腐蝕抑制劑。實(shí)驗(yàn)研究顯示，HMIC的加入有效地減少了鋁的析氫自腐蝕現(xiàn)象，明顯改善了鋁-空氣電池的放電性能，其比容量(2469 mAh g?1)和能量密度(3313 Wh kg?1)。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用Materials Studio軟件，采用分子動力學(xué)模擬對來探索HMIC在Al基底上的吸附機(jī)制。研究結(jié)果顯示，添加劑分子呈現(xiàn)出平行吸附模式，分子與Al基體緊密相連以達(dá)到最佳的表面覆蓋能力，這種電解質(zhì)調(diào)節(jié)策略為提高鋁-空氣電池在堿性介質(zhì)中的性能研究提供了一種全新的方法。

上述工作得到了國家自然科學(xué)基金(22062022)、江西省研究生專項(xiàng)資金(YC2022-s502)、四川省材料腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目(2020CL06)、江西省自然科學(xué)基金(20224BAB204048)的支持。